[發明專利]使用脒基金屬的原子層沉積

有效

• 申請號: 201110201579.4
• 申請日: 2003-11-14
• 公開（公告）號: CN102312214A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: R·G·格登;B·S·利姆
• 申請（專利權）人: 哈佛學院院長等
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王貴杰

本申請是申請號為200380106327.7、申請日為2003年11月14日、發明名稱為“使用脒基金屬的原子層沉積”的專利申請的分案申請。

發明背景

1.發明領域

本發明涉及用于在固體底材上沉積含金屬的保形薄膜的材料和方法，并且薄膜尤其是含銅、鈷和鐵金屬或其氧化物或氮化物的薄膜。本發明可用于制造微電子器件。

2.相關技術的說明

當需要改善半導體微電子器件的速率和功能時，需要新型材料。例如，需要具有較高電導率的材料以形成集成電路中晶體管之間的線路。與鋁相比，銅具有更高的電導率，并且在防止電遷移方面具有更好的穩定性。因此，銅變得越來越普遍地用于硅半導體。這種趨向公開在互聯網http://public.itrs.net/Files/2001ITRS/Home.htm的半導體國際技術發展藍圖中。

銅連接線路還必須被保形設置在例如細孔結構中，并且產生的薄膜必須具有高度均勻的厚度。如果存在厚度差異，由于銅的粗糙表面產生增加的電子散射，槽或通道中銅的電導率將會降低。高質量的阻擋層/粘附層需要具有非常光滑的表面。

適于制造光滑、保形層的一個方法是“原子層沉積”，或ALD(又名原子層磊晶)。ALD方法使用兩種或多種不同氣相前體沉積固體材料薄層。薄膜即將沉積于其上的底材的表面暴露于一定劑量的前體的蒸氣。然后前體所有未反應的多余蒸氣用泵抽出。接下來，一定劑量的第二前體的蒸氣到達該表面并使之反應。這些步驟可重復進行以產生較厚的薄膜。該方法中一個尤其重要的方面是，ALD反應是自限的，因為在每個循環中僅僅形成某一最大厚度，隨后在此循環中即便是可得到過量的反應物，也沒有發生進一步的沉積。由于這種自限特性，ALD反應產生具有高度均勻厚度的涂層。ALD薄膜厚度的均勻性不僅沿著底材平面延伸，還延伸到細孔和槽中。ALD這種產生保形薄膜的能力被稱作“良好的階梯覆蓋(step?coverage)”。

P.Martensson和J.-O.Carlsson在Journal?of?the?Electro-chemical?Society，vol.145，2926-2931(1998)中已經由銅前體Cu(II)-2，2，6，6-四甲基-3，5-庚烷二酮化物證實了銅的ALD。不幸的是，在實質上自限的ALD方法的溫度范圍(＜200℃)內，這種ALD方法中的銅僅僅生長在預存在的鉑表面，并且沒有成核或粘附在大部分其它表面。在銅ALD中已經建議了其它反應，然而沒有數據公開表明預期的表面反應實際上為自限的。因此，尤其有利地是進行銅能夠在除鉑之外的表面上成核或粘附的ALD方法。

美國專利No.6,294,836表明，在銅和底材之間使用鈷的“粘合”層能夠促進銅的粘附。然而根據美國專利No.6,444,263，用于沉積鈷的已知化學氣相沉積(CVD)法具有較差的階梯覆蓋，在具有長徑比5∶1的孔的底部僅僅產生20％的厚度。美國專利申請No.2002/0081381中已經要求保護了鈷ALD，用于雙(乙酰丙酮酸)鈷[Co(acac)₂]與氫的反應，然而其中并沒有給出階梯覆蓋數據，并且膜生長僅僅發現在預存在的銥表面。美國專利申請No.2002/0081381還要求保護鈷的非選擇性生長，其通過鈷[Co(acac)₂]與硅烷的反應進行，然而這種鈷可能被硅污染。因此對于具有高階梯覆蓋的純鈷，這將有利地進行沉積過程。

銅和鈷薄層過去經常用于形成磁性信息存儲中的抗磁讀寫磁頭。這種薄層需要具有非常均勻的厚度，并具有很少的缺陷和小孔。當存在制造這種器件的成功的工業化生產過程時，這將有利地進行銅和鈷的沉積過程，產生具有更均勻厚度和更少缺陷的薄層。

磁存儲器的先進設計與微電子電路(例如參見美國專利申請No.2002/0132375和美國專利No.6,211,090)相結合產生高度均勻和保形的金屬(特別是鐵、鈷、鎳、銅、釕、錳)層，并具有受控的厚度和明顯的界面。然而現在沒有已知方法使這些金屬在預定保形和受控厚度下沉積。

發明概述

本發明的一個方面包括一種使用揮發性脒基金屬化合物沉積含金屬，如銅、鈷、鎳、鐵、釕、錳、鉻、釩、鈮、鉭、鈦或鑭的薄膜的方法。該薄膜具有均勻、保形的厚度和光滑的表面。

該方法的優點是，其能夠形成具有非常均勻的厚度的含金屬的涂層。

本發明的一個相關方面是，在底材和沉積涂層之間產生良好粘附的條件下沉積含金屬涂層。

該方法的優點是，其能夠沉積具有非常光滑的表面的含金屬的涂層。